[发明专利]一种用于相变存储器的Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子技术领域的相变薄膜材料，具体涉及一种由锗-锑-碲掺氮的混合物组成的相变薄膜材料。

背景技术

相变存储器是一种利用物质相的变化来实现信息存储的存储器，最早是基于20世纪60年代末S.R.Ovshinsky在硫系化合物中发现的奥弗辛斯基电子效应，但鉴于当时制备技术和工艺的限制，相变存储器技术一直发展缓慢，直至随着纳米制备技术与工艺的发展，器件中材料的尺寸可以缩小到纳米量级，相变存储器才得到了较快的发展。

相变存储器利用相变材料在非晶态和晶态间可逆相变，且相变前后具有强烈的电阻反差来实现信息存储。相变存储器作为一种新兴的半导体存储器，具有非易失性、循环寿命长、速度块、功耗低、存储稳定及与现有集成电路工艺相兼容的优点，被视为很有发展前景的存储技术，是最有可能取代目前的SRAM、DRAM和FLASH等的下一代半导体存储器件。相变材料作为相变存储器信息存储的载体，其性能的优劣与器件性能的好坏直接相关。在相变材料中，Ge₂Sb₂Te₅是被研究最多最成熟的相变材料，具有较好的电学性能和高温下较好的稳定性等优点，但仍然不能就被认为是最好的相变材料，还存在一些不足，如晶态电阻率低和结晶温度较低等。

综上所述，进一步研究开发新的相变材料，使存储器在操作速度、可靠性、稳定性、等方面性能更优，是本发明的出发点和目标。

发明内容

本发明目的是针对现有材料的不足，提供一种可用于相变存储器的相变薄膜材料。其工作原理基于相变存储材料在电学性能上表现为可逆相变，即在外部能量的作用下使存储介质在晶态(低阻态)与非晶态(高阻态)之间相互转换从而实现信息的写入与擦除，信息的读取则靠测量电阻的变化来实现，存储介质在晶态(低阻态)与非晶态(高阻态)之间相互转换从而实现信息的写入与擦除，信息的读取则靠测量电阻的变化来实现，所述的外部能量可以为热驱动、电子束驱动、电脉冲驱动或激光脉冲驱动中的一种或几种，并且在可逆转变的前后可以实现电阻值在5倍至几个数量级范围内的变化。该材料具有相对高的结晶温度，较好的数据保持力，较好的热稳定性以及较低的功耗，是一种可用于相变存储器的理想材料。

本发明的用于相变存储器的Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料，其化学成分符合化学通式N_x[(Ge_1+yTe)_a(Sb₂Te₃)_b]_100-x，0＜y≤3，0＜x≤35，a＝1或2，b＝1或2。本发明化学通式中元素右下角部分代表元素摩尔比。

较佳的，所述Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料为含有锗、锑、碲、氮四种元素的复合相变薄膜材料。

进一步的，所述Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料中，0.5≤y≤2，2≤x≤25。

优选的，所述Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料中，x＝2.02，y＝0.5，a＝2，b＝1，即N_2.02(Ge₃Sb₂Te₅)_97.98。

较佳的，所述Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料中，(Ge_1+yTe)_a(Sb₂Te₃)_b为Ge_2+2ySb₂Te₅、Ge_1+ySb₂Te₄或Ge_1+ySb₄Te₇等不同化学组分的材料。

较佳的，所述Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料的成分主要为氮化锗和(GeTe)_a(Sb₂Te₃)_b复合的相变材料。

较佳的，所述Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料为在外部能量作用下具有可逆相变的存储材料。

进一步的，所述外部能量作用为电脉冲驱动、热驱动、电子束驱动或激光脉冲驱动。

本发明所述的Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料通过电脉冲作用下的可逆变化前后电阻率差异进行数据存储。